14.05.2018

Использование шлаков металлического хрома


В последние годы в отечественной алюминотермии разработаны различные способы промышленного использования практически всех отвальных шлаков.

Содержание основной составляющей шлаков алюминотермического производства — окиси алюминия — колеблется в шлаках разных сплавов от 55 до 90%. Наличие других компонентов шлака определяется химическим составом рудных концентратов, флюсов и восстановимостью окислов шихты. В шлаках алюминотермической плавки обязательно присутствует некоторое количество корольков металла, что вносит определенную неточность в данные об их химическом составе. Несмотря на это, физикохимические свойства шлака алюминотермического производства в первую очередь определяются содержанием окиси алюминия.

Высокоглиноземистые шлаки алюминотермического производства, состоящие преимущественно из корунда, шпинели и в-глинозема, уже много лет назад начали использовать в промышленности в качестве дополнительного и очень дешевого сырья для огнеупоров.

Шлаки алюминотермического производства характеризуются высокой огнеупорностью вследствие повышенного содержания глинозема. При этом шлаки с высоким содержанием CaO менее пригодны для огнеупорных изделий, чем шлаки с повышенным содержанием MgO, поскольку окись кальция образует с Al2O3 сравнительно легкоплавкие алюминаты, a MgO с Al2O3 образует шпинели, имеющие высокую температуру плавления и обеспечивающие необходимую огнеупорность.

А.С. Бережной и Ф.З. Долкарт показали возможность использования шлака ферротитанового производства в качестве добавок (до 30%) к магнезиту для изготовления огнеупорной футеровки цементных печей. Другие исследователи указывают, что эти шлаки и шлаки, получающиеся при производстве азотированного феррохрома, можно использовать для изготовления высокоогнеупорных изделий в качестве добавок (30—60%) к шлакам, полученным при выплавке металлического хрома или внепечного безуглеродистого феррохрома. Из шлаков плавок безуглеродистого феррохрома и фер-рохромалюминиевой лигатуры при использовании их в качестве самостоятельного сырья или в смеси со шлаком плавок металлического хрома можно получить высокоогнеупорные изделия, содержащие 66—86% Al2O3.

Особую ценность для огнеупорного производства представляет шлак, полученный при внепечной выплавке металлического хрома, имеющий огнеупорность около 1930° С, кажущуюся пористость 2,2—9,6% и объемную массу 3,16—3,41 г/см3. Огнеупорные изделия, изготовленные из такого шлака с добавкой от 2 до 10% латненской глины ЛT-1 и 0,3—3% сульфитно-спиртовой барды для связки, содержали 78% Al2O3 и 10—12% Cr2O3 при огнеупорности выше 1850° С. Температура начала деформации под нагрузкой для изделий без глиняной связки выше 1630° С, а на связке из 5—10% глины — выше 1500— 1550° С. Такие изделия оказались полезными в насадках регенераторов мартеновских печей, сталеразливочных ковшах и сводах электросталеплавильных печей.

Шлак плавок металлического хрома хорошо зарекомендовал себя даже в случае небольших добавок (20 или 28%) к шихте ковшевого кирпича. Износ кирпича с добавкой шлака оказался равным 4,2—4,4 мм на плавку, что почти в два раза меньше износа обычного ковшевого кирпича. Применение в верхних 8—12 рядах насадок регенераторов 400-т мартеновских печей хромоглиноземистого кирпича, содержащего 78—80% Al2O3 и 9—11% Cr2O3, в сочетании с промывкой насадок водой под давлением 11—12 ат повышает их стойкость и эффективность работы мартеновских печей.

Весьма перспективным оказалось использование шлака металлического хрома и в абразивном производстве при изготовлении шлифовальных кругов.

Однако наиболее важным направлением утилизации шлаков алюминотермического производства оказалось получение высокоглиноземистых огнеупорных цементов и полупродукта для синтетических шлаков; промышленная реализация этих направлений связана с рядом исследований, выполненных в последние годы Научно-исследовательским институтом металлургии (г. Челябинск) и Уральским научно-исследовательским и проектным институтом строительных материалов совместно с Ключевским заводом ферросплавов.

Эти работы показали возможность приготовления как клинкера высокоглиноземистых огнеупорных цементов, близких по огнеупорности и вяжущим свойствам к цементам, которые за рубежом получают из технически чистого глинозема, так и полупродукта для синтетических шлаков.

В соответствии с техническими условиями ТУ 14-11-138—76 химический состав высокоглиноземистого клинкера алюминотермического производства КВЦ-75 и К.ВЦ-70, используемого для получения высокоглиноземистых огнеупорных цементов, должен быть следующим, %:
Высокоглиноземистый цемент, получаемый при переплаве шлаков металлического хрома, обычно содержит 70—80% Al2O3; 15—22% CaO и 1—2% (SiO2 + FeO). Огнеупорность такого цемента 1710—1750° С, марка (прочность при сжатии) от 500 до 800.

При производстве металлического хрома марок X0 и X1 первоначально клинкер получали введением в конце плавки в шлаковый расплав 100—130 кг извести на 1 т шлака, что приводило к повышению содержания окиси кальция в шлаке с 6—8 до 14—17%. Для предотвращения охлаждения расплава вместе с известью вводили термитную смесь (алюминиевый порошок с натриевой селитрой). Однако в связи с недостатками этой технологии (большое пылевыделение, нестабильный состав клинкера и т. д.) этот способ не нашел промышленного применения.
При выплавке низкоазотистого хрома марки X00 в качестве окислителя применяют хромат кальция, содержащий не менее 60% Cr2O3 и около 35% CaO, что позволяет получать шлаки, содержащие 10—12% CaO без введения извести.

Шихта для одновременного получения хрома марки X00 и клинкера состояла из 2700 кг окиси хрома, 1240 кг алюминиевого порошка, 1600 кг хромата кальция и 300—310 кг извести (из них 60 кг задают на поверхность шлака перед выпуском продуктов плавки).

Полученный таким путем клинкер имел следующий состав: 15,5—18,5% CaO; 68—72% Al2O3; 10—13% Cr2O3; 1,1—1,3% MgO; 0,1—0,6% SiO2; 0,4—0,5% FeO. По прочностным и огнеупорным свойствам цементы, полученные из этого клинкера, показали, достаточно высокие результаты.

При внепечном довосстановлении жидких шлаков выплавки металлического хрома в верхнем кольце чугунного сборного реактора было сделано отверстие, через которое по футерованному магнезитовым кирпичом желобу шлак сливался в специальную чугунную изложницу (рис. 120). На поверхность шлака задавали термитную восстановительную смесь, что позволило получать шлаки, по химическому и фазовому составу отвечающие требованиям, предъявляемым к клинкеру высокоглиноземистого цемента. На каждую тонну клинкера получено около 90 кг хромалюминиевой лигатуры, содержащей 70—75% Cr; 20—25% Al; 0,3—1,0% Fe и менее 0,5% Si.

Значительно расширяются возможности рафинировки отвальных шлаков при их переплаве в электропечи. Так, полученные при переплаве шлаков металлического хрома клинкеры имеют высокую сумму концентрации Al2O3 + CaO, равную 97—98%, количество примесей не превышает 1,5% (сумма содержаний закиси железа и двуокиси кремния — не выше 0,7%).

Физико-механические свойства цементов, получаемых при переплаве шлаков металлического хрома, приведены в табл. 69.
Получаемый при переплаве металл представляет собой углеродистый феррохром (70—74% Cr; 3—5,8% Si; 0,2—2,0% Al; 7,0%Fe; 7,4—10% С; 0,001% S).

Получаемый при переплаве шлаков металлического хрома глиноземистый полупродукт для выплавки синтетических шлаков должен иметь химический состав, приведенный в табл. 70.
Технические условия ТУ 14-11-82—73 допускают выплавку полупродукта марки КГ-50 из отвальных шлаков, содержащих окислы вольфрама, молибдена или ниобия. Содержание этих окислов (так же, как и окиси кальция) должно определяться и указываться в сертификате. Количество попутного металла в полупродукте не должно превышать 2%.

Переплав и довосстановление шлаков металлического хрома осуществляют в электропечи ДСП-3А с угольной футеровкой. Предварительно шлак дробят до крупности 60 мм.

Восстановителем служит алюминиевый порошок или каменноугольный кокс, нефтяной полукокс, отсев кокса и полукокса. В шихту включаются также молотая или дробленая известь. В качестве замены извести допускается использование дробленых шлаков выплавки безуглеродистого алюминотермического феррохрома.

В табл. 71 приведены составы шихт при переплаве шлаков металлического хрома.
Одновременно в печи проплавляется шихта, рассчитанная на 1000—2000 кг шлака выплавки металлического хрома; время проплавления одной колоши 6—6,5 мин. После окончания плавки расплав выпускается в изложницу.

На 1 т полупродукта расходуется 830 кг шлака выплавки металлического хрома, 75 кг отсевов кокса и кокса, 114 кг извести. Расход электроэнергии 1480 кВт*ч/т.

На 1 т высокоглиноземистого клинкера расходуется 940 кг шлака выплавки металлического хрома, 85 кг отсевов кокса и кокса, 133 кг извести. Расход электроэнергии 1580 кВт*ч/т.





Яндекс.Метрика